电力系统继电保护原理

电力系统继电保护原理,第十二讲,2020年5月3日,电流、电压和距离保护属于单端保护，在动作值的整定上必须与下一元件的保护相配合，才能满足选择性的要求，无法区分本线路末端短路与相邻线路出口短路，所以无法实现全线速动。原因：-（1）电气距离接近相等；-（2）继电器本身的测量误差；-（3）线路参数不准确；,反映单侧电气量保护的缺陷,2020年5月3日,-（4）CT、PT有误差；-（5）短路类型不同；-（6）运行方式变化等；（距离保护可实现中间70%的速动，其余部分发生的短路，则要靠带时限的保护来切除）对于超高压电路，一般要求采用能够瞬时切除本线路任意点故障的全线速动保护-输电线纵联保护,反映单侧电气量保护的缺陷,2020年5月3日,距离保护的第一段能保护线路全长的85%，对双侧电源的线路，至少有30%的范围保护要以II段时间切除故障。（距离保护可实现中间70%的速动，其余部分发生的短路，则要靠带时限的保护来切除）,反映单侧电气量保护的缺陷,2020年5月3日,输电线纵联保护的概念及分类1、纵联保护：-所谓输电线路的纵联保护，就是用某种通信信道（简称通道）将输电线首末两端的保护装置纵向联接起来，将各端的电气量（电流。功率的方向等）传送到对端，将两端的电气量比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围之外。从而决定是否切断被保护线路。-因此，理论上这种纵联保护具有绝对的选择性。-借助于通道构成全线速动的线路保护称为线路纵联式保护。,输电线的纵联保护,2020年5月3日,2、分类-按线路纵联保护原理及所使用的通信信道1）、线路高频相差保护；闭锁式高频方向保护；闭锁式高频距离保护（输电线本身作为通道继电保护专用高频收发信机超高压输电线路中最典型的一种纵联保护）2）、导引线纵差保护（导引线架空地线：铁塔中三相线路上面还有根较细线路，最主要作用是起到引雷的作用，防止输电线路直接被雷击）三相不区分哪一相故障,输电线的纵联保护,2020年5月3日,3）、允许式纵联方向保护、允许式纵联距离保护、行波保护（FSK音频接口、电力载波机、微波、光纤等）4）、分相式线路纵差保护与导引线相类似，相对相（微波、光纤）超高压输电线路中以及110KV输电线路中往往采用作为主保护，逐步替代高频保护,输电线的纵联保护,2020年5月3日,4.1.1输电线纵联差动保护的基本原理,4.1输电线路的纵联差动保护,纵联差动保护是最简单的一种用辅助导线或称导引线作为通道的纵联保护，其反应被保护线路首末两端电流的大小和相位，保护整条线路，全线速动。,被保护线路两侧的LH变比相等，对被保护线路来说，将两侧LH二次的内侧及外侧分别用二次线连接，组成一个循环臂。流入继电器的电流为,2020年5月3日,1）正常运行和区外故障情况在正常运行时，流入继电器回路的电流为理论上：继电器无电流流过，保护不动作实际中：即使同型号的两台电流互感器，由于励磁电流的存在，其二次侧电流也无法做到完全抵消由于CT的误差和励磁电流的影响，在正常运行和外部短路故障下，仍有些电流流入差动回路，称之为“不平衡电流”,4.1.1输电线纵联差动保护的基本原理,2020年5月3日,2）区内短路情况当被保护线路内部d点短路时，流入差动保护回路的电流为所以，被保护线路内部故障时，流入差动回路的电流远大于差动继电器的启动电流，差动继电器动作，瞬时发出跳闸脉冲，断开线路两侧断路器,4.1.1输电线纵联差动保护的基本原理,2020年5月3日,小结：由于区内故障时，流入差动继电器的故障电流远大于继电器的启动电流，故差动保护灵敏度很高。纵联差动保护的保护范围为被保护线路两侧互感器之间的区域，保护范围稳定。而且，差动保护在外部故障时是不能动作的，所以不需要和相邻保护在动作值和动作时限上相互配合，所以说，纵联差动保护可以实现全线速动保护。但它不能作相邻元件的后备保护。,4.1.1输电线纵联差动保护的基本原理,2020年5月3日,不平衡电流是由于被保护线路两侧CT二次负载阻抗及互感器本身励磁特性不一致产生的（励磁支路分流），在正常运行和保护范围外部发生故障时，差回路中的电流不为零，这个电流叫差动保护的不平衡电流。-继电器的启动值必须躲过最大的不平衡电流不平衡电流分为两种：1）、稳态不平衡电流在正常运行，或者外部故障已经趋于稳定以后，对应的不平衡电流情况。2）、暂态不平衡电流发生短路这个过程中的不平衡电流,4.1.2纵联差动保护的不平衡电流,2020年5月3日,1、稳定情况下的不平衡电流稳态不平衡电流实际上就是两侧CT励磁电流的差。应采用外部故障时流过CT的最大短路电流，当CT进行10%误差校验后，每个CT的误差均不会大于10%，电流互感器的误差为负误差，其差动回路中产生的不平衡电流最大值为Iumb=0.1KstKnpIkmax式中Knp非周期分量系数Kst电流互感器的同型系数，两侧电流互感器为同型号时，取0.5，否则取1。Ik被保护线路外部短路时，最大运行方式下三相短路，流过两个互感器（被保护线路）的最大短路电流。,4.1.2纵联差动保护的不平衡电流,2020年5月3日,2、暂态不平衡电流纵联差动保护是全线速动保护，需考虑在外部短路时暂态过程中差回路出现的不平衡电流。在短路后的暂态过程中，短路电流中除周期分量电流外，还有按指数规律衰减的非周期分量（不能变换到二次侧，主要作为励磁电流，使二次电流误差增大）由于LH原副边回路对非周期分量电流衰减时间常数不同，两侧电流互感器直流励磁程度不同，所以使暂态不平衡电流加大。在纵差保护计算中，其最大值为Iumb=KnpKerKstIkmax式中：Knp为非周期分量的影响系数，在接有速饱和变流器时，取1,当差动回路使用串联电阻降低不平衡电流时取1.52。Ker电流互感器10%的误差系数Kst同型系数，同型号取0.5，不同取1Ikmax线路正常运行最大负荷电流的二次值,4.1.2纵联差动保护的不平衡电流,2020年5月3日,为了消除励磁涌流非周期分量的影响，通常在差动回路中接入速饱和变流器Tsat。当励磁涌流进入差动回路时，其中很大的非周期分量使速饱和变流器的铁芯迅速严重饱和，励磁阻抗锐减，使得一、二次之间的传变性能变差，差动继电器的电流很小，保护不起动。通常将速饱和变流器与电流继电器合在一起生产，从而产生出差动继电器。,4.1.2纵联差动保护的不平衡电流,2020年5月3日,1、为保证正常运行及保护范围外部故障时差动保护不动作，差动保护的动作电流按躲开外部故障时的最大不平衡电流整定Iset=KrelKnpKerKstIkmax式中Krel为可靠系数，1.21.3。在有速饱和变流器时取1.32、为防止电流互感器二次断线差动保护误动，按躲开电流互感器二次断线整定。Iset=KrelIL.max取两者中的较大值灵敏度校验：保护范围内故障时的最小短路电流与差动保护动作电流之比Ksen=Ir/Iset=Ikmin/Iset2,4.1.3纵联差动保护的整定计算,2020年5月3日,4.2输电线的高频保护,4.2.1高频保护的基本概念一、高频保护的定义-所谓高频保护，即是应用载波技术，以输电线路本身作为通道，将线路两侧工频电气量（或两侧阶段式保护中测量元件的判别结果）调制在频率为50400kHz的高频电波上，沿通道互相传送；两侧保护收到此高频电波频电波上，沿通道互相传送；两侧保护收到此高频电波后，再将其还原为工频电气量（或判别结果）并在各自的保护中比较这些量，以判断是区内还是区外故障。-目前，高频保护是220KV及以上电压等级复杂电网的主要保护方式。,2020年5月3日,二、高频保护的构成-高频保护由继电保护部分、高频收、发信机和高频通道构成三、高频保护的分类-按工作原理分为方向高频保护和相差高频保护方向高频保护的基本原理是比较被保护线路两侧的功率方向相差高频保护的基本原理是比较被保护线路两侧的电流相位-按比较方式分：直接比较方式和间接比较方式-按两侧发信机工作频率的异同分：有单频制和双频制。-按高频通道的工作方式分：有长期发信方式、故障起动发信方式和移频发信方式。,4.2.1高频保护的基本概念,2020年5月3日,高频通道分为“相-相制”和“相-地制”两种方式我国一般采用“相-地制”高频通道由五个部分组成,4.2.2高频通道的构成,2020年5月3日,一、阻波器-1.原理：L、C并联谐振回路，谐振于载波频率。-对载波电流：Z1500限制在本线路。-对工频电流：Z0.04畅流无阻。-2.作用：通工频、阻高频将高频信号限制在被保护线路上传递，而不至于分流到其他线路上去。二、耦合电容器-1.原理：耦合电容器的电容量很小，对工频电流呈现很大的阻抗；对高频电流呈现的阻抗值很小-2.作用：低压高频设备耦合到高压线路上，通高频、阻工频,4.2.2高频通道的构成,2020年5月3日,三、连接滤波器-1.原理一个绕组匝数可以调节的变压器。-2.作用与结合滤波器共同组成带通滤波器，减少其他高频信号的干扰阻抗匹配（衰减尽量减小、信号尽量大）使高频收发信机与高压设备进一步隔离四、高频收发信机-作用：向本端及对侧发送高频信号接受本端或对侧的高频信号五、高频电缆-作用：连接高频收发信机与连接滤波器（专用电缆，单芯电缆减少损耗）,4.2.2高频通道的构成,2020年5月3日,4.2.3高频通道的工作方式和高频信号的作用,一、高频通道的工作方式-高频通道的工作方式有正常无高频电流方式、正常有高频电流方式两种-1.正常无高频的电流方式正常情况下发信机不发信，通道中无高频电流通过。当系统故障时，发信机由起动元件起动发信，通道中才有高频电流出现优点：-对邻近通道的影响小，可以延长收发信机的寿命缺点：-必须要有起动元件，且需要定时检查通道是否良好目前电力系统中广泛采用这一方式。,2020年5月3日,4.2.3高频通道的工作方式和高频信号的作用,-2.正常有高频电流方式正常情况下，发信机连续发信，通道中经常有高频电流通过。优点1通道的工作